JP6315210B2 - 画像読取装置に搭載されるキャリッジの固有振動数の調整方法、及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像読取装置に搭載されるキャリッジの固有振動数の調整方法、及び画像形成装置に関する。

一般に、コンタクトガラスの上面に載置された原稿の画像を読取るための画像読取装置として、コンタクトガラスの下面に沿って走行する第一及び第二キャリッジを備えたものが知られている。第一キャリッジには光源及び第一反射ミラーが搭載され、第二キャリッジには第二反射ミラーが搭載されている。第一及び第二キャリッジの長手方向の両端部にはワイヤーが連結されている。第一及び第二キャリッジは、このワイヤーを介してモーターにより駆動される。画像読取装置により原稿画像の読取りを行う際には、各キャリッジがモーターによって、予め設定された設定加速度で駆動される。そして、該駆動開始時から設定時間が経過した時にキャリッジの速度が目標速度に達する。その後は、各キャリッジはモーターにより該目標速度で定速駆動される。

この種の画像読取装置では、キャリッジの加速動作終了時のオーバーシュート（目標速度を大きく上回る現象）を抑制するべく種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１に示す画像読取装置では、キャリッジの加速動作時におけるステッピングモーターの１ステップ当たりの移動量を、定速動作時に比べて細かくし、さらに、キャリッジを加速動作から定速動作に移行させる直前にモーターの加速度を低減すると共にステッピングモーターの駆動電流を低減するようにしている。

特開２０００−３０７８１４号公報

しかしながら、上記特許文献１に示す画像読取装置では、ステップ数を細かくするために高トルクの高価なモーターが必要になる。また、モーターの加速度制御や電流制御が複雑になるため、モーターの駆動回路等が複雑化してコスト増加を招くという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モーターの駆動制御を複雑化することなく安価な方法によりキャリッジの加速動作終了時のオーバーシュートを抑制しようとすることにある。

本発明は、光源及び光学素子の少なくとも一方を保持するキャリッジを、該キャリッジに連結された長尺状又は無端状の連結部材を介してモーターにより所定方向に駆動する画像読取装置において該キャリッジの固有振動数を調整する調整方法を対象とする。

上記画像読取装置は、画像読取を行う際には、先ず、上記モーターを予め設定した設定加速度で駆動し、該モーターの駆動開始時から設定時間が経過した時にモーターを定速駆動に切り替えることでモーターを目標速度で定速駆動するように構成され、上記連結部材は二つ設けられ、該二つの連結部材は、上記キャリッジの移動方向に直交する方向に間隔を空けて配置され、該各連結部材がそれぞれ、該キャリッジに対して該移動方向に離間した二箇所で固定され、上記キャリッジは、磁石付きの重りを着脱可能な磁石取付部を有している。そして、上記キャリッジの固有振動数の調整方法では、上記磁石取付部に上記磁石付きの重りを取付けて上記モーターの加速中における上記キャリッジの振動周期の整数倍が上記設定時間になるように該固有振動数の調整を行う。

この調整方法によれば、キャリッジの振動波形の谷の部分でモーターの加速を終了させることができる。これにより、キャリッジの速度がその慣性により目標速度を上回る（オーバーシュートする）のを確実に抑制することができる。また、この調整方法によれば、モーターの加速度を加速工程の終了時点で減少させたり、モーターの１ステップ当たりの移動量を細かくしたりする必要がないので、高価なコントローラーやモーターを使用することなく安価な方法によりキャリッジのオーバーシュートを抑制することができる。

上記キャリッジの固有振動数の調整は、該キャリッジの重量の調整に加えて上記連結部材の上記所定方向におけるバネ定数を調整することが好ましい。

この調整方法によれば、モーターの制御を複雑化することなく容易にキャリッジのオーバーシュートを抑制することができる。キャリッジの重量調整は、例えばキャリッジに磁石付きの重りを付加する等して調整することができる。連結部材のバネ定数は、連結部材の材質を変更する等して調整することができる。

上記連結部材は二つ設けられ、該二つの連結部材は、上記キャリッジの移動方向に直交する方向に間隔を空けて配置されて該キャリッジに対して該移動方向に離間した二箇所で固定されていることが好ましい。

本発明に係る画像形成装置は、上記調整方法により固有振動数が調整されたキャリッジを有する画像読取装置を備えている。

この構成によれば、画像読取装置におけるキャリッジの加速終了時のオーバーシュートが抑制されるので、キャリッジの加速終了時から該オーバーシュートが治まるまでの時間が短縮される。したがって、画像形成装置のキャリッジの移動方向の寸法を低減することができる。また、画像形成装置が複写機である場合にはファーストコピータイムの短縮を図ることができる。

本発明によれば、モーターの駆動制御を複雑化することなく安価な方法によりキャリッジの加速動作終了時のオーバーシュートを抑制しようとすることにある。

図１は、本実施形態における調整方法により固有振動数が調整された第一キャリッジを有する画像読取装置を備えた画像形成装置の外観斜視図である。 図２は、画像形成装置の内部構造を示す概略図である。 図３は、画像読取装置の内部構造を示す概略図である。 図４は、画像読取装置の各キャリッジの駆動機構を示す概略図である。 図５は、第一キャリッジの駆動パターンを示すグラフである。 図６は、第一キャリッジの固有振動数の算出方法を説明するための説明図である。 図７は、本実施形態における第一キャリッジの固有振動数の調整方法を説明するためのグラフである。 図８は、比較形態を示す図７相当図である。 図９は、本実施形態における調整方法により固有振動数を調整した第一キャリッジの速度変化と比較例における第一キャリッジの速度変化とを測定した結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

《実施形態》
図１及び図２は、本実施形態の調整方法により固有振動数が調整された第１キャリッジ２１１を有する画像読取装置２００を備えた画像形成装置１を示している。以下の説明において、「前側」、「後側」はそれぞれ、画像形成装置１の前側、後側を意味し、「左側」、「右側」は、画像形成装置１を前側から見たときの左側、右側を意味する。

上記画像形成装置１は、いわゆる胴内排紙型の複写機であって、画像形成装置本体１００と画像読取装置２００とを有している。画像読取装置２００は、原稿画像を読取ってその画像データを取得する。画像形成装置本体１００内には、画像読取装置２００が取得した画像データを用紙Ｐに印刷するための画像形成部３０が収容されている。

上記画像形成部３０は、画像形成装置本体１００内の下部における右側壁部寄りに配置されている。画像形成部３０の左側には、給紙部１０が設けられ、画像形成部３０の上側には定着部４０が設けられている。給紙部１０は、シート状の用紙Ｐが収容される給紙カセット１０ａと、該給紙カセット１０ａ内の用紙Ｐを取り出して該カセット１０ａ外に送り出すためのピックアップローラー１０ｂとを有している。給紙カセット１０ａよりカセット外に送り出された用紙Ｐは、搬送ローラー対１１を介して画像形成部３０に供給される。

画像形成部３０は、感光ドラム２１、帯電器２３、露光装置２５、現像装置２７、及び転写器２９を有している。画像形成時には、先ず、帯電器２３によって感光ドラム２１の周面が帯電され、次いで、露光装置２５によって感光ドラム２１の表面に原稿画像データ（画像読取ユニット２１０により生成した原稿画像の画像データ）に基づくレーザー光が照射されて静電潜像が形成される。この静電潜像は、現像装置２７により現像されてトナー像となる。このトナー像は、用紙Ｐが転写器２９と感光ドラム２１との間を通過する際に該転写器２９によって用紙Ｐに転写される。

定着部４０は、転写器２９より供給されてくる用紙Ｐを定着ローラー４０ａ及び加圧ローラー４０ｂ間で加圧することにより、当該用紙Ｐにトナー像を熱定着させる。定着部４０にてトナー像が定着された用紙Ｐは、搬送ローラー対１２,１３により用紙排出空間Ｓへと導かれる。

図３に示すように、画像読取装置２００は、筐体２０１と、筐体２０１の上面に装着され、原稿Ｇが載置されるコンタクトガラス２０１ｃとを有している。筐体２０１の上面２０１の後側の端縁部には、原稿カバー２２０（図１参照）が開閉可能に軸支されている。原稿カバー２２０は、閉状態において、コンタクトガラス２０１ｃ上に載置された原稿Ｇを上側から押さえて固定する。

筐体２０１内におけるコンタクトガラス２０１ｃの下側には、第１キャリッジ２１１と、第１キャリッジ２１１の左側に設けられた第２キャリッジ２１２と、第２キャリッジ２１２の右側に設けられた光電変換部２３０とが収容されている。

第１キャリッジ２１１及び第２キャリッジ２１２は、平面視で前後方向に延びる矩形状に形成されている。上記第１キャリッジ２１１及び第２キャリッジ２１２は、前後一対のレール部材２１３（図３では後側のレール部材２１３のみを示す）により左右方向に移動可能に支持されている。

第１キャリッジ２１１は、光源２２１と光学素子としての第１反射ミラー２２２とを保持している。光源２２１は、コンタクトガラス２０１ｃ上の原稿Ｇに向けて、主走査方向（前後方向）に延びるライン状の照明光を照射する。光源２２１は、主走査方向に並ぶ複数の発光素子を有するライン光源により構成されている。第１反射ミラー２２２は、原稿Ｇからの反射光を第２キャリッジ２１２に向けて反射する。第１反射ミラー２２２は、鉛直方向に対して４５度に傾斜している。

上記第２キャリッジ２１２は、第２反射ミラー２２３と第３反射ミラー２２４とを保持している。第２反射ミラー２２３は、水平方向において第１キャリッジ２１１に対向して配置されている。第２反射ミラー２２３は、鉛直方向に対して第１反射ミラー２２２と同じ方向に４５度で傾斜している。第３反射ミラー２２４は、第２反射ミラー２２３の下側に配置されている。第３反射ミラー２２４は、垂直方向に対して第２反射ミラー２２３とは反対方向に４５度で傾斜している。

第１キャリッジ２１１及び第２キャリッジ２１２の前後方向の両端部にはそれぞれ、該各キャリッジ２１１，２１２を左右方向に駆動するための駆動機構２５０が連結されている。両駆動機構２５０の構成は同じであるため、以下では後側の駆動機構２５０（図４参照）についてのみ説明を行う。

図４に示すように、駆動機構２５０は、ワイヤー２５１とモーター２５８とを有している。ワイヤー２５１は、第１キャリッジ２１１及び第２キャリッジ２１２に連結されており、駆動機構２５０は、このワイヤー（長尺状の連結部材）２５１を介して第１キャリッジ２１１及び第２キャリッジ２１２を駆動する。ワイヤー２５１は、一端が固定板２５２に固定され、他端が固定板２５３に固定されている。ワイヤー２５１は、固定板２５２から右側に向かって延びて、第２キャリッジ２１２に取付けられたプーリー２５７、アイドルプーリー２５４，２５５を経由して再度プーリー２５７に巻き回された後、右側に延びて固定板２５３に連結されている。ワイヤー２５１におけるアイドルプーリー２５５とプーリー２５７との間には第１キャリッジ２１１が固定されている。また、ワイヤー２５１におけるアイドルプーリー２５４とアイドルプーリー２５５との間に部分は、キャプスタンプーリー２５６に巻き回されている。キャプスタンプーリー２５６は、モーター２５８により駆動される。このモーター２５８は、例えばステッピングモーターからなり、不図示のコントローラーにより作動制御される。

以上のように構成された画像読取装置２００によってコンタクトガラス２０１ｃ上の原稿Ｇの画像を読取る際には、駆動機構２５０が第１キャリッジ２１１を初期位置から右側に駆動して目標速度Ｖｔまで加速させると共に、第２キャリッジ２１２を第１キャリッジ２１１の１／２の速度で右側に駆動する。第１キャリッジ２１１に保持された光源２２１より原稿Ｇに照明された光は、第１反射ミラー２２２、第２反射ミラー２２３及び第３反射ミラー２２４で順次反射されて常に一定の光路長で光電変換部２３０へと導かれる。そして、光電変換部２３０において、原稿Ｇの副走査方向の各位置における画像データが生成されて不図示の画像処理回路に送信される。画像処理回路では、光電変換部２３０からの画像データを合成して原稿全体の画像データを生成する。

図５は、上記駆動機構２５０による第１キャリッジ２１１の駆動パターンの概略を示すグラフである。同図に示すように、第１キャリッジ２１１の駆動工程は、第１キャリッジ２１１を目標速度Ｖｔまで加速する加速工程と、該加速工程後に第１キャリッジ２１１を目標速度Ｖｔで定速駆動する定速工程とを含んでいる。上記加速工程では、コントローラーによりモーター２５８を予め設定した設定加速度ａ（ａは定数）で駆動する。モーター２５８の駆動開始時点から予め設定した設定時間Kが経過すると、加速工程が終了する。該加速工程後の定速工程では、コントローラーによりモーター２５８の加速度が０に制御されてモーター２５８が予め設定した目標回転数で定速駆動される。

上記加速工程では、図５に示すように、第１キャリッジ２１１に加わる慣性力の影響で第１キャリッジ２１１の速度が所定周期Ｔで振動する。この速度振動は、第１キャリッジ２１１の加速工程の終了時におけるオーバーシュート（第１キャリッジ２１１の速度が目標速度Ｖｔを大きく上回る現象）の一因となっている。このオーバーシュートが大きいと、加速工程の終了時点（定速工程の開始時点）から速度振動が減衰するまでの時間が長くなる。この結果、ファーストコピータイム（ユーザーにより画像形成装置１に対して複写指示がなされてから原稿の複写が完了するまでの時間）の増加や、画像読取装置２００におけるキャリッジ２１１の移動方向の寸法増加といった問題が生じる。

これに対して、発明者らは、鋭意研究の末、第１キャリッジ２１１の固有振動数ωｎを調整することにより上記オーバーシュートを抑制する方法を見出した。この固有振動数ωｎは、次式（１）の運動方程式より求まる。この運動方程式は、第１キャリッジ２１１の理論位置（つまりワイヤー２５１が全く伸縮しないと過程した場合の第１キャリッジ２１１の位置）からの変位量をｘとした場合に、該ｘ座標系における力（例えば第１キャリッジ２１１に作用するワイヤー２５１からのバネ力（弾性力）や動摩擦力ｆ）のバランスに基づいて導かれる（図６参照）。

ｍｘ”＋４ｋｘ＋Ｆ＝ｆ …式（１）
ｍ：第１キャリッジの質量
ｋ：ワイヤーの左右方向（第１キャリッジの移動方向）のバネ定数
F：ワイヤーによる引っ張り力
ｆ：第１キャリッジとレール部材との間で生じる動摩擦力
ここで、ワイヤー２５１によるバネ力の項が４ｋｘとなっているのは、第１キャリッジ２１１の前後方向の両端部における左右の２箇所（合計４箇所）でワイヤー２５１が固定されているためである。

この方程式の解は次のように考えて求めることができる。すなわち、第１キャリッジ２１１に対して動摩擦力ｆが作用し且つ該第１キャリッジ２１１が振動していない状態（つまり加速度ｘ”＝０の状態）を考えると、ｘ＝（ｆ―Ｆ）／４ｋとなる。そしてこの分だけｘ座標系を図６の左にずらした新しいＸ座標系を考えると、ｘとＸとは次式（２）の関係になる。

ｘ＝Ｘ＋（−Ｆ＋ｆ）／４ｋ …式（２）
式（２）を式（１）に代入して整理すると
ｍＸ”＋４ｋＸ＝０ …式（３）となる。

この自由振動の方程式の解は Ｘ＝ａsin(ωｎｔ＋φ) …式（４）である。

ただし、
ωｎ＝sqrt（４ｋ／ｍ）
そして、本実施形態では、図７に示すように、第１キャリッジ２１１の振動周期Ｔ（＝２π／ωｎ）の整数倍が、上記設定時間K（つまり上記第１キャリッジ２１１の加速工程の開始時点から定速工程への切り替わり時点までの時間）に一致するように、第１キャリッジ２１１の固有振動数ωｎを調整するようにした。

これによれば、第１キャリッジ２１１の振動波形の谷の部分で第１キャリッジ２１１の加速を終了させることができる。したがって、上記加速工程から定速工程への切換わり時において第１キャリッジ２１１の速度がその慣性により目標速度Ｖｔを上回る（オーバーシュート）のを確実に抑制することができる。また、上記の方法によれば、モーター２５８の回転加速度を加速工程の終了時点で減少させたり、モーター２５８の１ステップ当たりの移動量を細かくしたりする必要がないので、高価なコントローラーやモーターを使用する必要がない。よって、コスト増加を招くことなく第１キャリッジ２１１のオーバーシュートを確実に抑制することができる。

上記固有振動数ωｎの調整は、第１キャリッジ２１１の質量ｍとワイヤー２５１のバネ定数ｋとの少なくとも一方を調整することで行えばよい。質量ｍの調整は、例えば第１キャリッジ２１１に着脱可能な磁石付きの重り等を使用すればよい。また、ワイヤー２５１のバネ定数ｋの調整では、ワイヤー２５１の材質を変更する等すればよい。

図９は、第１キャリッジ２１１の速度を実際に測定した結果を示すグラフである。グラフの３つのラインＬ１〜Ｌ３のうちＬ１は、本実施形態の方法により第１キャリッジ２１１の固有振動数を調整した例を示し、Ｌ２及びＬ３は、上記設定時間Kが固有振動数ωｎの整数倍でない例を示している。このグラフによれば、本実施形態の方法により第１キャリッジ２１１のオーバーシュートが抑制されていることが分かる。

《他の実施形態》
上記実施形態では、第１キャリッジ２１１に連結される連結部材としてワイヤー２５１を採用するようにしているが、これに限ったものではなく、例えば環状の歯付きベルトを採用するようにしてもよい。この場合、第１キャリッジ２１１に取付けられた回転ギアーと筐体２０１に取付けられた駆動ギアーとに上記歯付きベルトを巻き回すようにすればよい。

上記実施形態では、第１キャリッジ２１１の固有振動数ωｎを調整する方法について説明したが、この方法を第２キャリッジ２１２に対して適用するようにしてもよい。

上記実施形態では、画像読取装置２００が搭載される画像形成装置１が複写機である例について説明したが、これに限ったものではなく、画像形成装置１はファクシミリや複合機等であってもよい。

上記実施形態では、第１キャリッジ２１１に光源２２１及び第１反射ミラー２２２の双方を保持させるようにしているが、これに限ったものではなく、光源２２１及び反射ミラー２２２の一方を保持させるようしてもよい。すなわち、第１キャリッジ２１１には、光源２２１及び第１反射ミラー２２２の少なくとも一方を保持させるようにすればよい。

以上説明したように、本発明は、画像読取装置に搭載されるキャリッジの固有振動数の調整方法及び画像形成装置について有用である。

K 設定時間
T 周期
Vｔ 目標速度
ｍ キャリッジの質量
ｋ ワイヤーのバネ定数
１ 画像形成装置
２００ 画像読取装置
２１１ 第１キャリッジ
２２１ 光源
２２２ 第１反射ミラー（光学素子）
２５０ 駆動機構
２５１ ワイヤー（連結部材）
２５８ モーター

Claims (3)

1. 光源及び光学素子の少なくとも一方を保持するキャリッジを、該キャリッジに連結された長尺状又は無端状の連結部材を介してモーターにより所定方向に駆動する画像読取装置において該キャリッジの固有振動数を調整する調整方法であって、
   上記画像読取装置は、画像読取を行う際には、先ず、上記モーターを予め設定した設定加速度で駆動し、該モーターの駆動開始時から設定時間が経過した時に該モーターを定速駆動に切り替えることで該モーターを目標速度で定速駆動するように構成されており、
   上記連結部材は二つ設けられ、該二つの連結部材は、上記キャリッジの移動方向に直交する方向に間隔を空けて配置され、該各連結部材がそれぞれ、該キャリッジに対して該移動方向に離間した二箇所で固定され、
   上記キャリッジは、磁石付きの重りを着脱可能な磁石取付部を有し、
   上記モーターの加速中における上記キャリッジの振動周期の整数倍が上記設定時間になるように、上記磁石取付部に上記磁石付きの重りを取付けて上記キャリッジの固有振動数を調整する調整方法。
2. 請求項１に記載の調整方法において、
   上記キャリッジの固有振動数の調整は、該キャリッジの重量の調整に加えて上記連結部材の上記所定方向におけるバネ定数を調整することで行う、調整方法。
3. 請求項１又は２に記載の調整方法により固有振動数が調整されたキャリッジを有する画像読取装置を備えた画像形成装置。

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